Uzay devrimi: “Eski uzay”dan “yeni uzay”a geçiş

Kesin bir sınırı olmamakla birlikte; uzayın, atmosferik yoğunluğun çok azaldığı 80 ilâ 100 km aralığındaki irtifada başladığı genel olarak kabul edilmektedir. 100 km irtifada atmosferik yoğunluk, deniz seviyesindekinin milyonda birinden daha düşüktür. Uzayın sınırı kabul edilen bu irtifalarda yer çekimi ivmesi dünya yüzeyindeki seviyesine oldukça yakın olduğundan, uzay sınırı üzerinde bırakılan bir cisim dünyaya geri düşecektir. Dolayısıyla uzay sınırını aşabilmek uzayda kalmayı sağlamayacaktır. Dünyanın yakın çevresinde uzayda kalabilmenin yolu, yer çekimi ivmesini, dünya çevresinde yüksek hızlarla dönmek suretiyle oluşan santrifüj ivme ile dengelemektir. Burada gerekli olan hızlar 7.5 km/s seviyesinde olduğundan, aslında uzaya erişimi zor kılan bu yüksek hızlara ulaşmaktır. Potansiyel enerji ve verimsizlikleri de işin içine kattığımızda, bir fırlatma aracının bir cismi yörüngeye yerleştirmesi için sağlaması gereken hız kazanımı, delta V, 9-9.5 km/s olarak ortaya çıkmaktadır. Dünyanın en hızlı jet motorlu uçağı olan SR-71’in 1 km/s civarında hızlarda uçtuğu düşünüldüğünde, bu hızlara ulaşmanın ne denli zor olduğu ortaya çıkmaktadır. Nitekim uzaya erişim sadece kimyasal roketlerin oluşturabildiği inanılmaz kuvvetler sayesinde gerçekleşebilmektedir.

Uzay Çalışmalarının Tarihi

İnsanların uzaya olan ilgisi insanlığın yazılı tarihi kadar eskidir. Astronomi en eski pozitif bilim dallarından biri olup fizik biliminin gelişiminde de önemli rol oynamıştır. İnsanlığın uzayı gözlemlemesi ve bununla ilgili bilimsel teoriler (gezegenlerin hareketlerini açıklayan Kepler yasaları gibi) geliştirmesi çok uzun yıllar öncesine dayansa da uzaya erişim ancak 1950’li yılların sonunda başlayabilmiştir. Uzaya erişim sadece kimyasal roketler ile gerçekleştirilebildiği için uzayın keşfi, roket teknolojisinin olgunlaşmasını beklemek zorunda kalmıştır.

Roketçiliğin ve uzay yolculuğunun temelleri, 1800’lerin sonunda bir Rus matematik öğretmeni olan Konstantin Tsiolkovsky tarafından ortaya konulmuş olmasına rağmen; ilk modern roket sayılan V2, 1940’larda roketçiliğin babası olarak anılan Wernher von Braun tarafından geliştirilmiştir. İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra Soğuk Savaş, roket teknolojilerini ve uzay yarışını tetiklemiş; 1960 ve 1970’li yıllarda insanlık uzaya erişim konusunda çok önemli gelişmeler kaydetmiştir. 1969 yılında gerçekleşen Ay inişi ile insanlığın uzay macerası doruk yapmış, daha sonra gelen projeler (uzay istasyonları, uzay mekiği gibi) Ay projesinde sağlanan geniş toplumsal ilgi seviyesini yakalayamamıştır. Devletler tarafından domine edilen 1950-2000 arası dönemin son yıllarında uzay çalışmaları rutine dönüşmüş, en yetenekli gençleri kendine çeken bir alan olmaktan çıkmıştır.

“Yeni Uzay”

2000’li yılların başında uzaya meraklı teknoloji zenginlerinin bu sektöre girmesiyle, uzay keşfi kâr motivasyonu ile tekrardan canlanmış ve günümüze kadar enerji ve heyecan seviyesi artarak gelmiştir. Böylece devletlerin domine ettiği “Eski Uzay” dönemi kapanmış özel firmaların söz sahibi olduğu “Yeni Uzay” veya ticari uzay periyodu başlamıştır. Bu süreçte ilk defa ticari bir uzay aracı olan SpaceShipOne ile 2003 yılında sivil astronotların uzaya ulaşması gerçekleşmiş, 2012 yılında uzaya ticari kargo uçuşları başlamış ve NASA astronotlarının ve sivillerin ticari uçuşlar ile 202 yılında yörüngeye taşınması rutin haline gelmiştir. Roketçiliğin ve uzay çalışmalarının mihenk taşları Şekil 1’de özetlenmiştir.

Uzaydaki uydu sayısındaki dramatik artış, aslında ticari uzay devriminin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir. Bundan 10 yıl önce bin civarında olan aktif uydu sayısı, hâlihazırda 8.000’in üzerinde çıkmış olup, her geçen gün hızla artmaktadır. Artışın en önemli sebebi uzaya erişimin maliyet, teknik kolaylık ve takvim olarak oldukça uygun bir hale gelmesidir. Nispeten küçük firmaların dahi geliştirdikleri teknolojilerini veya iş modellerini uzayda deneyerek hayata geçirebilme kabiliyetleri önemli ölçüde artmıştır. 100 kg’ın üzerindeki uyduların sayısının 10 sene içerisinde 100 bini aşması uzmanlarca muhtemel görülmektedir. Bununla beraber uzay sektörünün üç kat büyüyerek 2030 yılında 1 trilyon dolar seviyesine çıkacağı düşünülmektedir.

Son yıllarda Ay misyonlarının da sayısı önemli ölçüde artmıştır. Hem devletler hem de özel firmalar Ay projeleri geliştirmektedir. Ay, uzay çalışmalarında çok özel bir yere sahiptir. Aslında dünya sınıfındaki gezegenlerin ay kadar büyük doğal uyduları mevcut değildir. Mesela Venüs gezegeninin hiçbir uydusu olmadığı gibi, Mars’ın en büyük uydusu Phobos sadece 22,2 km çapındadır. 1737,4 km yarıçapı olan Ay; doğal kaynakları, yer çekimi ve dünyaya yakınlığı (yaklaşık 3 günde ulaşmak mümkündür) ile yakın gelecekte yapılacak uzay çalışmalarının odak noktası olacaktır. Ay yüzeyinde kolay ulaşılabilir suyun bulunması çok önemli bir keşif olmuştur. Su; hayatın idamesi için kritik olması haricinde, roket yakıtı yapmak için de kullanılmaktadır (güneşten gelen enerji ile su molekülü kırılarak hidrojen ve oksijen üretilebilir). Ay’da üretilecek yakıtla doldurulacak roketlerin, yüksek yer çekimli ve yoğun bir atmosferi olan Dünya yerine, Ay’dan fırlatılması sayesinde güneş sisteminin keşfinin önemli ölçüde kolaylaşacağı düşünülmektedir. Bu manada Ay, bir yakıt üretim üssü ve fırlatma limanı vazifesi görecektir. Ayrıca Ay’ın düşük yer çekiminin bazı üretim faaliyetleri için büyük avantajlar sağlayacağı öngörülmektedir. Dünya’ya yakınlığı ve düşük ama yeterli yer çekimi sebebiyle Ay, insanların yasacağı kolonilerin kurulması için elverişli bir ortam oluşturmaktadır. Ay’ın insanlığın geleceğinde önemli bir merkez olması beklenmekte ve Dünya/Ay sistemi yörüngelerine (cis-lunar) İpek Yolu benzetmeleri yapılmaktadır.

Bütün bu pozitif görünümüne rağmen uzay çalışmalarının geleceğini tehlikeye sokacak belli başlı riskler bulunmaktadır. Bunlardan belki de en önemlisi yakın uzayın, uydu sayılarındaki artış nedeniyle, fiziksel taşıma kapasitesine yaklaşmasıdır. Bu durumu daha da tehlikeli hale getiren bir unsur, uzaydaki çöp sayısındaki hızlı artıştır. Artan uydu ve uzay çöpü sayısı yörüngedeki çarpışma olasılıklarını yükseltmektedir. Her çarpışma çok daha yüksek sayıda uzay çöpü ortaya çıkaracağı için meydana gelecek zincir reaksiyon (Kessler Sendromu) ile yakın yörüngenin belirli bölgelerinin kullanılamaz hale gelmesi çok önemli bir tehlike olarak ortaya çıkmaktadır. Uzay araçlarının misyon sonunda hızlıca dünyaya düşecek yörüngelere konulması, çarpışma önleyici önlemlerin alınması, uyduların vurulmak suretiyle yok edilmelerinin yasaklanması ve en nihayetinde uzayın çöplerden aktif olarak temizlenmesi gibi önlemlerin alınması hayati önem arz etmektedir.

Uzay sektörünü bekleyen başka bir risk, ticari uzay firmalarının sayılarının çok artmış olması ve bunların önemli bir kısmının yeterli finans kaynaklarına sahip olmaması dolayısıyla batma risklerinin bulunmasıdır. Şu andaki uzay sektörü 1999 yılının Dotcom sektörüne benzetilebilir. Dotcom sektörü 2000 yılında büyük bir kriz yaşamış ve sektör firmalarının bir kısmı batmış olmasına rağmen, sonraki yıllarda daha güçlü olarak gelişmeye devam etmiştir. Temelleri sağlam olan ticari uzay sektörünün de benzer bir akıbete uğrayacağı düşünülebilir.

Fırlatma sektörünün veriminin artması veya en azından mevcut halini koruması, uzay sektörünün geleceği için hayati önem taşımaktadır. Hâlihazırda uzaya yapılmakta olan fırlatmaları tek bir firmanın (SpaceX) domine etmesi önemli bir risk oluşturmaktadır. Bu kapsamda fırlatma konusunda yeni teknolojilerin geliştirilmesi ve maliyet etkin fırlatıcıların çeşitlendirilmesi oldukça önemlidir.

Türkiye’de Uzay Çalışmaları

Türkiye’deki ciddi uzay çalışmaları 1990’li yıllarda kendi telekom uydularımızın işletilmesi ile başlamıştır. 2000’li yılların başında kendi uydumuzu geliştirme yolunda önemli yol kat edilmiş; bazı kritik bileşen teknolojilerinin geliştirilmesi ise son yıllarda hız kazanmıştır. Uzaya erişim konusunda yörünge altı uçuşlar Roketsan ve DeltaV firmaları tarafından başarıyla gerçekleştirilmiş olup, milli yörünge fırlatma aracının geliştirilmesi için çalışmalar başlatılmıştır.

Türkiye Uzay Ajansı’nın kurulmasını müteakiben 10 hedefi kapsayan Milli Uzay Programı, Şubat 2021 yılı Şubat ayında açıklanmıştır. Bu hedefler arasında Ay’a erişim projesi önemli bir yer tutmaktadır. Burada TÜBİTAK Uzay tarafından geliştirilecek bir uzay aracının yanı sıra, tamamıyla milli ve özgün bir Hibrit İtki Sistemi’nin kullanılması öngörülmüştür (Şekil 2). Hibrit İtki Sistemi, uzay tarihçesi kazandırıldığında, dünyadaki benzer ürünlerle rahatça rekabet edebilecek bir sistem olması itibarıyla Türkiye’deki uzay çalışmalarına önemli katkıda bulunma potansiyeline sahiptir. Türkiye’nin uzay alanında söz sahibi ülkeler arasına girmesi çok önemlidir. Uzay; stratejik, askeri ve ticari önemi hızla artan bir sektördür. Ticari uzay gelecekte haberleşme, konumlandırma, dünya gözlem, turizm, teknolojik üretim, madencilik ve şu anda belki hayal bile edemeyeceğimiz birçok alanda kritik öneme sahip olacaktır. Hür teşebbüsün çok önemli olduğu “Yeni Uzay” alanına girmek isteyen girişimcilerin aşağıdaki hususları dikkate almaları faydalı olacaktır:

· Artık uydu yapmak değil, uyduyla yapacağınız yenilikçi işler başarıyı getirmektedir. Günümüzde uydu platformu imal eden, hatta bunların uzaydaki işletimini yapan birçok firma mevcuttur.

· Uzaya fırlatma işi teknolojik olarak zor, riskli ve pahalı bir alan olduğundan uzun yıllar devletlerin veya devletlerle çok yakın çalışan büyük firmaların domine ettikleri bir alan olmuştur. Ticari uzay döneminde SpaceX ve Roket Lab gibi firmalar fırlatma işinde devletlerden ve bu alanda yıllardır çalışan büyük firmalardan çok daha başarılı oldular ve maliyetlerini önemli ölçüde aşağı çektiler. Bu durum, alana girecek yeni firmaların rekabet gücünü önemli ölçüde düşürmüştür. Günümüzde yeni fırlatma araçlarının devrim yaratacak yeni teknolojilerle çalışıyor olmaları, rekabetçi olmaları açısından şarttır.

· Uzayın zorlayıcı çevresel koşulları (radyasyon, vakum, termal) nedeniyle, uzay ekipmanlarını geliştirmek hep külfetli olmuştur. Bunun haricinde uzaya atılan ekipmanın uzun yıllar boyunca hiçbir bakım ve onarım olmadan çalışması gerekmektedir. Uzay ekipmanlarının zorlu tasarım, kalite kontrol ve test süreçlerinden geçmesi gerektiğinden, maliyetleri çok yüksektir. Yeni Uzay’da klasik pahalı uzay ürünleri yerine maliyet etkin uzay komponentlerine büyük ihtiyaç duyulmaktadır.

· Geliştirilecek ürünlerin, sistemlerin veya servislerin dünyada satılabilecek özelliklerde olmaları çok önemlidir. Türkiye tek başına yeterli bir pazar değildir.

· Uzay alanında kurulacak yeni firmaların ya yeni bir alan açması ya da belli bir alanda mevcut paradigmayı değiştirme üzerine odaklanması çok önemlidir.

· Hâlihazırda istikbal vaat eden konuların başında yörüngeler arası uzay içi taşımacılık ve yörüngedeki istasyonlar veya Ay’daki koloniler gibi uzay içi yerleşim birimleri ile ilgili teknolojiler gelmektedir.

Sonuç

Türkiye’nin uzay mühendisliği alanında çalışan insan gücünü geliştirmesi gerekmektedir. Bu alanda eğitim veren üniversitelerin sayı ve kalitesinin artması, uzay alanındaki Ar-Ge ve sistem projelerinin artarak devam etmesi hayati önem taşımaktadır. Uzay birçok ülkenin beraber çalıştığı bir alandır ve Türkiye'nin uluslararası uzay projelerinde önemli roller alması kritiktir.

Dünyada hızla gelişmekte olan ticari uzay alanı, Türkiye için geç girdiği uzay yarışında öne geçebilmesi için önemli bir fırsattır. Bu bağlamda ülkemizde, güçlü sanayi altyapısı ile genç ve dinamik nüfus avantajlarının kullanılarak, dünyayla rekabet edecek uzay sektörünün hızlıca gelişmesi için gerekli mali ve idari teşviklerin sağlanması kritiktir. Ülkemizin ticari uzay trenini kaçırmaması elzemdir. Uzay sektörü Türkiye gibi iddialı bir ülke için bir lüks değil stratejik bir gereksinimdir.